一种生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮除磷污水处理方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102826715 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 2 6 7 1 5 A *CN102826715A* (21)申请号 201210334846.X (22)申请日 2012.09.12 C02F 9/14(2006.01) C02F 101/16(2006.01) C02F 101/10(2006.01) (71)申请人同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号 (72)发明人杨殿海 郑翔 刘华杰 李昊岩 鲁骎 (74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人张磊 (54) 发明名称 一种生物膜

2、法与多级活性污泥法联合的脱氮 除磷污水处理方法 (57) 摘要 本发明涉及一种生物膜法与多级活性污泥法 联合的脱氮除磷污水处理方法。进入厌氧池处 理后的污水进行分流，分别进入第一缺氧池和第 二缺氧池；流经第一个缺氧池的污水再进入好氧 池，接着同进入第二个缺氧池的污水汇合，之后污 水进入MBBR池，经过处理后的污水一部分回流至 第一缺氧池的硝化液回流管道；其余部分污水经 MBBR池处理后，流入沉淀池；在沉淀池内停留之 后，部分污泥排入预浓缩池，污泥在预浓缩池中停 留0.25-1.0小时后，上清液经预浓缩池顶部回流 至第二缺氧池，浓缩污泥从预浓缩池底部的回流 管道进入预缺氧池，通过预缺氧池最终回流

3、至厌 氧池，循环处理。本发明通过MBBR好氧池、前置厌 氧区碳源分流以及回流污泥预浓缩等典型工艺手 段保证生物处理的脱氮除磷效果。从而提升市政 污水的处理效果，减少对环境的污染。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮除磷污水处理方法，其特征在于具体步 骤如下： 污水首先进入厌氧池，经过厌氧池处理后的污水进行分流，分为两部分分别进入第一 缺氧池和第二缺氧池；其中，流经第一个缺氧池的污水再进入好氧池，在好氧条

4、件下进行硝 化作用和同化作用，接着同进入第二个缺氧池的污水汇合，在第二个缺氧池内接受反硝化 作用，之后污水进入MBBR池，由位于MBBR池内的生物流化床进行处理，经过处理后的污水 一部分回流至第一缺氧池的硝化液回流管道；其余部分污水在经过MBBR池处理之后，污水 流入沉淀池；在沉淀池内停留2.0-4.0小时后，上清液作为出水排放，沉淀后的部分污泥排 入预浓缩池，剩余污泥排放；污泥在预浓缩池中停留0.25-1.0小时后，上清液经预浓缩池 顶部回流至第二缺氧池，浓缩污泥从预浓缩池底部的回流管道进入预缺氧池，通过预缺氧 池最终回流至厌氧池，循环处理；其中：预缺氧池的污泥停留时间为0.1-0.3h；浓

5、缩污泥从 预浓缩池回流至预缺氧池的流量占沉淀池污泥回流总量的30%-60%。 2.根据权利要求1所述的一种生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮除磷污水处理 方法，其特征在于MBBR池中投加比重与所需处理市政污水接近的悬浮填料。 权 利 要 求 书CN 102826715 A 1/6页 3 一种生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮除磷污水处理 方法 技术领域 0001 本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮 除磷污水处理方法。 背景技术 0002 近年来，随着经济高速发展，我国每年的污水排放量约400-500亿m 3 ，在这之中，经 过处理后排放的仅为15%-25%，

6、而且其中相当一部分经过传统二级处理之后的污水，依然残 留较高浓度的氮磷等营养元素污染物，导致我国许多河流都产生了不同程度的富营养化污 染。所以，加强对污水的治理，包括水量和水质，对于减少污染、改善环境、保护水资源等都 具有重要意义。 0003 氮磷的过量排放是水体富营养化的主要原因，对污水处理厂出水氮磷含量的严格 控制则是有效手段之一。当前，许多地区都对此十分重视，相关的废水排放标准中针对氮磷 等营养元素都有严格的排放限定。但是传统的处理工艺很难满足新的市政污水处理厂排放 标准，因此需要探寻新的工艺对市政污水中的氮磷进行有效去除。 0004 目前在污水处理中关于脱氮除磷应用得最多的是“厌氧-缺

7、氧-好氧” （Anaerobic-Anoxic-Oxic)工艺，即A 2 O工艺，见附图1。在A 2 O工艺处理系统中同时具有 厌氧区、缺氧区、好氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解。在厌氧区内，存在着污 水连同由沉淀池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下释磷，同时转化易降解COD、VFA 为PHB，部分含氮有机物进行氨化。在缺氧区内，主要进行脱氮作用，硝酸盐氮通过混合液 内循环由好氧区传输过来，部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体得到 降解去除，同时硝酸盐被还原为氮气。在好氧区内，混合液中的COD浓度已基本接近排放标 准，在此进行进一步降解，同时进行氨氮的硝化和磷的吸收

8、，污泥中过量吸收的磷通过剩余 污泥排出。 0005 A 2 O工艺的主要优点是工艺流程简单，厌氧段、缺氧段、好氧段交替运行，可以达到 同时去除有机物和脱氮除磷的目的，同时能够抑制丝状菌生长，基本不存在污泥膨胀问题。 A 2 O工艺的总水力停留时间少，缺氧段、厌氧段只进行缓慢搅拌，运行费用低。但是A 2 O工艺 也有着明显的不足之处，例如脱氮和除磷效果相互制约，很难同时取得理想的脱氮除磷效 果，并且泥龄的控制、碳源的分配等等都是运行过程中存在的重点和难点。 0006 为了解决生物脱氮除磷效果不佳的问题，研究人员开发了移动床生物膜反应器工 艺，即MBBR工艺技术。移动床生物膜工艺运用生物膜法的基本

9、原理，充份利用了活性污泥 法的优点，又克服了传统活性污泥法及固定式生物膜法的缺点。 0007 在研究和开发了比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的生物填料之后， MBBR技术的应用成为可能。生物填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。填 料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。当曝气充氧时，空气泡的上 升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞， 说 明 书CN 102826715 A 2/6页 4 并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分 地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率

10、。在厌氧条件下，水流和填料 在潜水搅拌器的作用下充分流动起来，达到生物膜和被处理的污染物充分接触而生物分解 的目的。流动床生物膜反应器工艺由此而得名。其原理示意图如附2所示。因此，流动床 生物膜工艺突破了传统生物膜法(固定床生物膜工艺的堵塞和配水不均)的限制，为生物 膜法更广泛地应用于污水的生物处理奠定了较好的基础。 0008 MBBR技术的特点包括：容积负荷高，占地省；耐冲击负荷，性能稳定，运行可靠；搅 拌和曝气系统操作方便，维护简单；生物池无堵塞，无死角，生物池容积得到充分利用；池 型多样，灵活方便；折旧率低，使用寿命长。 0009 当MBBR技术与A 2 O法混合应用时，把二者有机地结合

11、在同一工艺池中，将兼具生 物膜工艺和活性污泥工艺的优点。其中活性污泥泥龄短，主要承担BOD和磷的去除；生物膜 泥龄长，主要承担硝化作用。 发明内容 0010 本发明通过将移动床生物膜工艺（MBBR）和经过改进的活性污泥法相结合，以A 2 O 系统的各个构筑物为基础，进行相应的升级改造，提出一种生物膜法与多级活性污泥法联 合的脱氮除磷污水处理方法，以期达到较高的生物脱氮除磷效果，完成污水的达标排放。 0011 本发明提出的生物膜法与多级活性污泥法联合的脱氮除磷污水处理方法，具体步 骤如下： 污水首先进入厌氧池，经过厌氧池处理后的污水进行分流，分为两部分分别进入第一 缺氧池和第二缺氧池；其中，流经

12、第一个缺氧池的污水再进入好氧池，在好氧条件下进行硝 化作用和同化作用，接着同进入第二个缺氧池的污水汇合，在第二个缺氧池内接受反硝化 作用，之后污水进入MBBR池，由位于MBBR池内的生物流化床进行处理，经过处理后的污水 一部分回流至第一缺氧池的硝化液回流管道；其余部分污水在经过MBBR池处理之后，污水 流入沉淀池；在沉淀池内停留2.0-4.0小时后，上清液作为出水排放，沉淀后的部分污泥排 入预浓缩池，剩余污泥排放；污泥在预浓缩池中停留0.25-1.0小时后，上清液经预浓缩池 顶部回流至第二缺氧池，浓缩污泥从预浓缩池底部的回流管道进入预缺氧池，通过预缺氧 池最终回流至厌氧池，循环处理；其中：预缺

13、氧池的污泥停留时间为0.1-0.3h。浓缩污泥从 预浓缩池回流至预缺氧池的流量占沉淀池污泥回流总量的30%-60%。 0012 本发明中，MBBR池7中投加比重与所需处理市政污水较为接近的悬浮填料。 0013 本发明中，污水从厌氧池流出后按适宜的分流比进入两个缺氧池，具体分流比和 内回流比可视实际水质及MBBR池硝化效果而定，以提高系统的脱氮效果。 0014 本发明中，MBBR池内应用密度与污水相似的填料，选择合适的填料填充率和曝气 量，保证较高的硝化效率。 0015 本发明中，回流污泥预浓缩池内的浓缩污泥回流量可以因地制宜，以期以一个适 当的回流比进入预缺氧池，强化系统的内源反硝化效果和厌氧

14、释磷效果。 0016 本发明的优点在于能够充分利用传统的A 2 O系统中的生化反应池进行简便的升级 改造，仅将现有曝气池中部分区域改为缺氧池并加设搅拌设备，在后续好氧区域内增加了 生物填料（改造成为MBBR池），增加了一个回流污泥预浓缩池和一个与之相连的预缺氧池， 说 明 书CN 102826715 A 3/6页 5 节省占地面积，延长部分污泥泥龄。 0017 污泥预浓缩池的存在，使得整个系统的流量得以减少，回流至厌氧区的污泥量也 大幅减小，降低了对进水VFA的稀释，同时减少了回流污泥中的硝酸盐浓度，避免了硝酸盐 对释磷的负面作用，优化了厌氧池内的生物除磷环境，提高厌氧释磷效果。从整个系统上来

15、 说，污泥浓度得到增加，实际停留时间得到延长，与脱氮除磷相关的微生物总量和效率都增 加了，特别强化了释磷、反硝化等过程的反应速率，对吸磷及硝化也同样存在促进作用。 0018 分级的缺氧-好氧技术能够让污水中有限的碳源得到充分的利用，避免了外加碳 源需要发生的运行管理费用。污水从厌氧池流出后分流至两个缺氧池，确保有限的污水碳 源在缺氧池中用于反硝化。多段式的AO系统还能促进生物脱氮除磷速率的增加，强化处理 效果，在不增加池容的基础上使出水达到排放标准。 0019 将MBBR工艺与活性污泥工艺有机地融合于同一池中，能达到省地和延长污泥泥 龄的目的。大量的吸附生长在生物填料上的生物膜使生物池中的活性

16、生物量大大增加，加 之生物膜的泥龄比活性污泥的泥龄长得多，使整个生物池的平均泥龄大幅度提高。因此，污 泥负荷要低许多，处理效率高，而系统更稳定。在相同污泥负荷下，该工艺则更紧凑省地而 且高效，并且特别适合脱氮，其原因是长泥龄的生物膜为生长缓慢的硝化菌提供了非常有 利的生存环境，达到高效的硝化效果；而活性污泥的泥龄相对较短，主要起去除有机物和磷 的作用；同时避免了普通活性污泥工艺中为了达到硝化目的而不得不延长泥龄而导致的污 泥膨胀问题。 0020 MBBR技术与多级AO技术联合应用时，自氧菌的硝化主要出现在附着生物膜和脱 落的生物膜上，而异氧的BOD去除则由活性污泥的混合液完成。脱落的生物膜进入

17、活性污 泥混合液中，产生硝化污泥接种作用，强化了系统抗冲击负荷的稳定性. 由于活性污泥泥 龄短，污泥膨胀现象大为减少甚至消失，因此污泥的沉降性能优良。同时不像其它固定式生 物膜工艺 ，不存在红虫等后生动物在生物膜载体填料上生长的现象。生物除磷通过适当结 合厌氧区和短泥龄好氧区而实现并得到强化(而活性污泥中硝化的长泥龄往往不利于磷 的好氧吸收)。 0021 从经济方面考虑，短泥龄下的生物膜上的硝化使好氧池容相对活性污泥工艺要节 约50-70%的池容。与传统活性污泥工艺相比，总投资节约约20%。由于曝气系统和出水装 置几乎无需维护，生物填料结实耐久，使得污水厂日常维护管理只是鼓风机和仪器仪表，而

18、不包括曝气系统的曝气头(穿孔管)，运行管理成本较活性污泥工艺的为低。 0022 从运行管理方面考虑，通过运行实例可以发现，出水水质(BOD， SS，氨氮，总氮，总 磷) 在整个运行期间都很好。在冲击负荷和大的环境因素变化(如温度和污水的毒性) 时，运行依然稳定。日常运行管理简便，只需控制几个参数(通过控制鼓风机控制DO，碱度 等)。 附图说明 0023 图1是现有技术中MBBR工艺的结构原理示意图。其中：(a)为好氧反应器，(b)为 厌氧反应器。 0024 图2是本发明的一个具体实施方式所述装置的结构示意图。 0025 图中标号：1为厌氧池，2为第一缺氧池，3为好氧池，4为沉淀池，5为第二缺氧

19、池， 说 明 书CN 102826715 A 4/6页 6 6为预缺氧池，7为MBBR池，8为预浓缩池。 具体实施方式 0026 接下来结合附图对本发明所述的一种生物膜法与多级AO联合应用的生物脱氮除 磷污水处理方法及其装置的具体实施方式做一个详细说明。 0027 实施例1：如图1和图2所示，这个联合反应系统的构筑物包括：一个厌氧池1，一 组用于碳源分流的第一缺氧池2和第二缺氧池5，一个好氧池3，一个MBBR池7，一个沉淀池 4，一个回流污泥的预浓缩池8，一个预缺氧池6，以及从MBBR池7回流至第一缺氧池2的回 流管道，从预浓缩池8底部回流至预缺氧池6的回流管道和从预浓缩池8顶部回流至第二 缺

20、氧池5的上清液回流管道。 0028 在本实施例中，厌氧区污水分流至两个缺氧区，与一个好氧池3和一个MBBR池7 形成联合处理单元，共同作用脱氮除磷。 0029 采用上述装置处理污水的方法如下： 污水经由进水管连接进入本处理系统。 0030 污水进入系统之后，首先在厌氧池1中停留，经过厌氧池1处理后进行碳源分流， 将厌氧池1内的碳源以适当的比例分流，即将全部污水分为两部分，分别流入第一缺氧池2 和第二缺氧池5。本实施方式中分流比为30%-70%(分流比：分流至第二缺氧池的厌氧池出 流混合液的流量/厌氧池出流混合液的流量)。 0031 流经第二缺氧池5的污水随后进入好氧池3。好氧池3内曝气充氧，反

21、应之后的这 部分污水流入第二缺氧池5中与另一部分污水汇合。 0032 经过第二缺氧池5之后，全部污水进入MBBR池7处理，其中第二缺氧池5末端的 硝化液回流至第一缺氧池2中，进行反硝化作用。 0033 将污水全部通过MBBR池7排入沉淀池4。 0034 将沉淀池4中的污泥沉淀后，上清液即出水，污泥分为两部分，一部分进入预浓缩 池8进行浓缩处理，另一部分作为系统的剩余污泥，排入污水处理厂的污泥处理系统。 0035 在预浓缩池8中，池污泥经重力浓缩之后分为两部分。浓缩上清液排入沉淀池4 前的第二缺氧池5。浓缩污泥回流至预缺氧池6。本实施方式中，8池回流至预缺氧池6的 流量约占沉淀池污泥回流总量的3

22、0%-60%。 0036 预缺氧池6中污泥经过一定停留时间之后，回流进入1池进行污泥接种循环反应。 本实施方式中，预缺氧池6的水力停留时间为0.1-0.3h。 0037 采用前述实施方式处理污水的特点在于：利用了移动床生物膜反应池中的长泥 龄，强化系统的硝化效果；将厌氧区出水分流，保证原污水中的碳源能够得到合理利用，通 过多段式AO提升处理脱氮除磷效果；采用了回流污泥预浓缩工艺，减少回流液体积，增加 实际水力停留时间，强化厌氧池释磷效果。 0038 具体说来，本工艺包括内回流和外回流两套回流系统。其中，外回流系统由沉淀 池、回流污泥预浓缩池8和预缺氧池6以及相互连接的管道组成，主要体现了本方法

23、中的回 流污泥预浓缩技术，将沉淀池4回流的污泥进行进一步的泥水分离，在预浓缩池8和预缺氧 池6中进行高效的污泥浓缩及内源反硝化，再进入厌氧池1，与进水完全混合，在良好的厌 氧状态下进行反应。内回流系统主要是从MBBR池7抽取硝化液回流至第一缺氧池，形成内 说 明 书CN 102826715 A 5/6页 7 部回流系统，借以强化系统的反硝化效果。 0039 本方法采用回流污泥预浓缩技术。通过回流污泥预浓缩，系统的外回流污泥浓度 得以增加。在预浓缩池8内二沉污泥以一定的浓缩比浓缩以后，在预缺氧池6内还发生了 反硝化反应。污泥浓度增加以后，相当于增加了之后各工段，尤其是厌氧池1的实际停留时 间。整

24、个系统的流量也因此得到减少，对于控制碳源稀释程度和降低系统处理负荷都有相 当大的作用。在预缺氧池6中，高污泥浓度环境使得内源呼吸作用效果显著，预缺氧池6中 溶解氧几乎被消耗殆尽，强化了预缺氧池6中的厌氧环境。同时，在预缺氧池6内发生内源 反硝化作用，因为大量微生物的存在，内源反硝化效果十分明显，将回流污泥带入的硝酸盐 基本反硝化完全，能够将回流污泥中夹带的硝酸盐含量降低至2mg/L以下。由于硝酸盐的 存在会抑制厌氧区内的释磷效果，本方法降低了硝酸盐浓度，控制了无效释磷的发生，能够 提升系统厌氧区内的释磷效果，强化聚磷菌除磷的能力。厌氧区内的VFA（短链脂肪酸）浓 度相对于普通活性污泥法能够得到

25、提高。VFA浓度的提高有利于厌氧池内聚磷菌释磷。当 有大量VFA存在时，聚磷菌将会高效地将磷释放出来，同时形成PHB储存于体内。从整个系 统来看，回流污泥经过预浓缩之后，流经系统的污水量得到减少，系统负荷得以降低，实际 停留时间增加，改善系统的处理效果。 0040 MBBR池7的应用是本实施方式的另一大特色。在活性污泥工艺中应用生物膜，能 够创造性地利用二者的优势和特色，回避了各自的不足，充分发挥联用效能。应用了MBBR 技术的活性污泥处理工艺能够克服传统活性污泥法的缺点，也能避免固定式生物膜法的限 制和缺陷。在本实施方式的MBBR池7中，投加了比重与所需处理一般市政污水较为接近的 悬浮填料。

26、该类填料仅需轻微搅拌就能够随水流自由运动，微生物生长于其上，轻易能够随 之在水中移动。在本方式的MBBR池中，布满这样的生物填料，填充率约为80%，可供生物膜 附着的比表面积约为400m 2 /m 3 ，能使微生物在有保护的载体表面内生长而去除污水中的污 染物。MBBR池7优势在于空间小，能扩容，操作管理简单，不会堵塞，生物易恢复活力，并且 适宜应用于改造工程。本实施方式结合了生物膜法之后，MBBR池7内具有较高的污泥浓度， 拥有较长的泥龄，同时配水混合均匀，能够让系统高效稳定运行，也易于维护管理。 0041 厌氧池1碳源分流多级AO是本装置提高脱氮的重要手段。在多级AO条件下，第 一缺氧池2

27、负责将经过MBBR池7硝化处理后回流的混合液反硝化，第二缺氧池5负责将经 过好氧池3硝化处理的混合液反硝化，原污水的总氮在多级AO流程中得到了阶段性的降 解。与传统A 2 O工艺相比较，充分利用碳源，强化了反硝化反应，省去了大流量内回流系统， 整个系统的实际水力停留时间也得到提高。污水经过厌氧区处理之后进行分流，分别进入 第一缺氧池2和第二缺氧池5，把原污水中有限的碳源分成两部分进入不同的缺氧区，为第 一缺氧池2和第二缺氧池5提供反硝化所需要的碳源。因而能够确保系统的脱氮效果。通 过该实施方式，充分利用了原污水中有限的碳源，避免了外投加碳源，提高了系统脱氮除磷 性能。 0042 以上所述为本发

28、明的典型实施方式。 0043 在某市某污水厂进行的本工艺的中试试验研究，进出水水质情况如下： COD Cr BOD 5 SS NH 4 + -N TN TP 进水150-250 60-90 80-100 25-35 30-40 3-5 出水20-40 5-8 10-20 1-4 12-15 0.2-0.4 从出水效果可以看出，尽管进水中碳源不是很充足，但是通过回流污泥预浓缩和厌氧 说 明 书CN 102826715 A 6/6页 8 区碳源分流，提高进水碳源的利用率；通过MBBR池7强化硝化作用；出水中的氮磷等指标 仍可达到一级A标准，说明工艺的脱氮除磷效果好。 说 明 书CN 102826715 A 1/1页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102826715 A